2008 Fiscal Year Annual Research Report
第一原理計算による高密度格子欠陥構造の電子論的解明と材料設計
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18062007
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
香山 正憲 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, ユビキタスエネルギー研究部門, 上席研究員 (60344157)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 真悟 独立行政法人 産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, 研究員 (50357448)
吉矢 真人 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (00399601)
上杉 徳照 大阪府立大学, 工学研究科, 助教 (10405342)
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| Keywords | 第一原理計算 / 結晶粒界 / 転位 / 溶質 / 点欠陥 / Grain-subdivision / 機械的性質 / 電子構造 |
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| Research Abstract |
[粒界・界面の結合性と強度] 積層欠陥、twin、傾角粒界、ねじり粒界の第一原理計算で、AlとCuとでエネルギー値等に顕著な違いが見出され、結合性の違い(Alの共有結合性)から説明できることが判明した。新規手法である局所エネルギー密度・応力密度の第一原理解析をこれらに適用し、界面のエネルギーや応力が結合性(電子構造)に依存する様子が示された。Alの傾角粒界にMg、Siを偏析させた系の第一原理引っ張り試験を行い、pureなAl粒界の引っ張り挙動と比較した。Mgは電子濃度を低下させ界面を弱くするが、Siは強固なSi-Alボンドを形成し、破断しにくくする。SiやMg添加の超積層試料での実験と比較検討した。
[粒界方位差増大とそれへの不純物効果] Al粒界で系統的に傾角を変えて第一原理計算を行い、結晶粒微細化の後半に生じる傾角増大に必要な歪みエネルギーを算出し、転位芯領域での定量評価を行った。典型的な不純物Mg、Siを粒界偏析させ、傾角増大に必要なエネルギーの計算を行った結果、Mgは配列した転位近傍の局所歪みを緩和する効果が少ないが、Siは局所歪みを緩和するよう電子が配置し、結晶粒微細化における傾角増大を容易にすることが示唆された。これらの知見は、結晶粒微細化の制御に有益である。
[粒界エネルギーと過剰体積] Al、Cu、Pd、Ag、Auについて数種の[110]対応傾角粒界の粒界エネルギーと過剰体積を算出し、過剰体積と粒界エネルギーがほぼ比例していること、比例係数は金属の剛性率と相関することが判明した。計算結果を用いて超微細粒・ナノ結晶金属における平均粒界エネルギーを算出する方法を提案した。また、Alについて、粒界エネルギー・過剰体積の異なる3種類の粒界でMgの偏析エネルギーを検討し、粒界エネルギーや過剰体積の大きい粒界ほど粒界偏析しやすいことを見出した。
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Research Products
(31 results)
